1 /*
2 * linux/kernel/traps.c
3 *
4 * (C) 1991 Linus Torvalds
5 */
6
7 /*
8 * 'Traps.c' handles hardware traps and faults after we have saved some
9 * state in 'asm.s'. Currently mostly a debugging-aid, will be extended
10 * to mainly kill the offending process (probably by giving it a signal,
11 * but possibly by killing it outright if necessary).
12 */
/*
* 在程序asm.s中保存了一些状态后，本程序用来处理硬件陷阱和故障。目前主要用于调试目的，
* 以后将扩展用来杀死遭损坏的进程（主要是通过发送一个信号，但如果必要也会直接杀死）。
*/
13 #include <string.h> // 字符串头文件。主要定义了一些有关内存或字符串操作的嵌入函数。
14
15 #include <linux/head.h> // head头文件，定义了段描述符的简单结构，和几个选择符常量。
16 #include <linux/sched.h> // 调度程序头文件，定义了任务结构task_struct、初始任务0的数据，
// 还有一些有关描述符参数设置和获取的嵌入式汇编函数宏语句。
17 #include <linux/kernel.h> // 内核头文件。含有一些内核常用函数的原形定义。
18 #include <asm/system.h> // 系统头文件。定义了设置或修改描述符/中断门等的嵌入式汇编宏。
19 #include <asm/segment.h> // 段操作头文件。定义了有关段寄存器操作的嵌入式汇编函数。
20 #include <asm/io.h> // 输入/输出头文件。定义硬件端口输入/输出宏汇编语句。
21
// 以下语句定义了三个嵌入式汇编宏语句函数。有关嵌入式汇编的基本语法见本程序列表后的说明。
// 用圆括号括住的组合语句（花括号中的语句）可以作为表达式使用，其中最后的__res是其输出值。
// 第23行定义了一个寄存器变量__res。该变量将被保存在一个寄存器中，以便于快速访问和操作。
// 如果想指定寄存器（例如eax），那么我们可以把该句写成“register char __res asm("ax");”。
// 取段seg中地址addr处的一个字节。
// 参数：seg - 段选择符；addr - 段内指定地址。
// 输出：%0 - eax (__res)；输入：%1 - eax (seg)；%2 - 内存地址 (*(addr))。
22 #define get_seg_byte(seg,addr) ({ \
23 register char __res; \
24 __asm__("push %%fs;mov %%ax,%%fs;movb %%fs:%2,%%al;pop %%fs" \
25 :"=a" (__res):"0" (seg),"m" (*(addr))); \
26 __res;})
27
// 取段seg中地址addr处的一个长字（4字节）。
// 参数：seg - 段选择符；addr - 段内指定地址。
// 输出：%0 - eax (__res)；输入：%1 - eax (seg)；%2 - 内存地址 (*(addr))。
28 #define get_seg_long(seg,addr) ({ \
29 register unsigned long __res; \
30 __asm__("push %%fs;mov %%ax,%%fs;movl %%fs:%2,%%eax;pop %%fs" \
31 :"=a" (__res):"0" (seg),"m" (*(addr))); \
32 __res;})
33
// 取fs段寄存器的值（选择符）。
// 输出：%0 - eax (__res)。
34 #define _fs() ({ \
35 register unsigned short __res; \
36 __asm__("mov %%fs,%%ax":"=a" (__res):); \
37 __res;})
38
// 以下定义了一些函数原型。
39 void page_exception(void); // 页异常。实际是page_fault（mm/page.s，14）。
40
41 void divide_error(void); // int0（kernel/asm.s，20）。
42 void debug(void); // int1（kernel/asm.s，54）。
43 void nmi(void); // int2（kernel/asm.s，58）。
44 void int3(void); // int3（kernel/asm.s，62）。
45 void overflow(void); // int4（kernel/asm.s，66）。
46 void bounds(void); // int5（kernel/asm.s，70）。
47 void invalid_op(void); // int6（kernel/asm.s，74）。
48 void device_not_available(void); // int7（kernel/sys_call.s，158）。
49 void double_fault(void); // int8（kernel/asm.s，98）。
50 void coprocessor_segment_overrun(void); // int9（kernel/asm.s，78）。
51 void invalid_TSS(void); // int10（kernel/asm.s，132）。
52 void segment_not_present(void); // int11（kernel/asm.s，136）。
53 void stack_segment(void); // int12（kernel/asm.s，140）。
54 void general_protection(void); // int13（kernel/asm.s，144）。
55 void page_fault(void); // int14（mm/page.s，14）。
56 void coprocessor_error(void); // int16（kernel/sys_call.s，140）。
57 void reserved(void); // int15（kernel/asm.s，82）。
58 void parallel_interrupt(void); // int39（kernel/sys_call.s，295）。
59 void irq13(void); // int45 协处理器中断处理（kernel/asm.s，86）。
60 void alignment_check(void); // int46（kernel/asm.s，148）。
61
// 该子程序用来打印出错中断的名称、出错号、调用程序的EIP、EFLAGS、ESP、fs段寄存器值、
// 段的基址、段的长度、进程号pid、任务号、10字节指令码。如果堆栈在用户数据段，则还
// 打印16字节的堆栈内容。这些信息可用于程序调试。
62 static void die(char * str,long esp_ptr,long nr)
63 {
64 long * esp = (long *) esp_ptr;
65 int i;
66
67 printk("%s: %04x\n\r",str,nr&0xffff);
// 下行打印语句显示当前调用进程的CS:EIP、EFLAGS和SS:ESP的值。参照错误!未找到引用源。可知，这里esp[0]
// 即为图中的esp0位置。因此我们把这句拆分开来看为：
// (1) EIP:\t%04x:%p\n -- esp[1]是段选择符（cs），esp[0]是eip
// (2) EFLAGS:\t%p -- esp[2]是eflags
// (3) ESP:\t%04x:%p\n -- esp[4]是原ss，esp[3]是原esp
68 printk("EIP:\t%04x:%p\nEFLAGS:\t%p\nESP:\t%04x:%p\n",
69 esp[1],esp[0],esp[2],esp[4],esp[3]);
70 printk("fs: %04x\n",_fs());
71 printk("base: %p, limit: %p\n",get_base(current->ldt[1]),get_limit(0x17));
72 if (esp[4] == 0x17) { // 若原ss值为0x17（用户栈），则还打印出
73 printk("Stack: "); // 用户栈中的4个长字值（16字节）。
74 for (i=0;i<4;i++)
75 printk("%p ",get_seg_long(0x17,i+(long *)esp[3]));
76 printk("\n");
77 }
78 str(i); // 取当前运行任务的任务号（include/linux/sched.h，210行）。
79 printk("Pid: %d, process nr: %d\n\r",current->pid,0xffff & i); // 进程号，任务号。
80 for(i=0;i<10;i++)
81 printk("%02x ",0xff & get_seg_byte(esp[1],(i+(char *)esp[0])));
82 printk("\n\r");
83 do_exit(11); /* play segment exception */
84 }
85
// 以下这些以do_开头的函数是asm.s中对应中断处理程序调用的C函数。
86 void do_double_fault(long esp, long error_code)
87 {
88 die("double fault",esp,error_code);
89 }
90
91 void do_general_protection(long esp, long error_code)
92 {
93 die("general protection",esp,error_code);
94 }
95
96 void do_alignment_check(long esp, long error_code)
97 {
98 die("alignment check",esp,error_code);
99 }
100
101 void do_divide_error(long esp, long error_code)
102 {
103 die("divide error",esp,error_code);
104 }
105
// 参数是进入中断后被顺序压入堆栈的寄存器值。参见asm.s程序第24--35行。
106 void do_int3(long * esp, long error_code,
107 long fs,long es,long ds,
108 long ebp,long esi,long edi,
109 long edx,long ecx,long ebx,long eax)
110 {
111 int tr;
112
113 __asm__("str %%ax":"=a" (tr):"" (0)); // 取任务寄存器值ètr。
114 printk("eax\t\tebx\t\tecx\t\tedx\n\r%8x\t%8x\t%8x\t%8x\n\r",
115 eax,ebx,ecx,edx);
116 printk("esi\t\tedi\t\tebp\t\tesp\n\r%8x\t%8x\t%8x\t%8x\n\r",
117 esi,edi,ebp,(long) esp);
118 printk("\n\rds\tes\tfs\ttr\n\r%4x\t%4x\t%4x\t%4x\n\r",
119 ds,es,fs,tr);
120 printk("EIP: %8x CS: %4x EFLAGS: %8x\n\r",esp[0],esp[1],esp[2]);
121 }
122
123 void do_nmi(long esp, long error_code)
124 {
125 die("nmi",esp,error_code);
126 }
127
128 void do_debug(long esp, long error_code)
129 {
130 die("debug",esp,error_code);
131 }
132
133 void do_overflow(long esp, long error_code)
134 {
135 die("overflow",esp,error_code);
136 }
137
138 void do_bounds(long esp, long error_code)
139 {
140 die("bounds",esp,error_code);
141 }
142
143 void do_invalid_op(long esp, long error_code)
144 {
145 die("invalid operand",esp,error_code);
146 }
147
148 void do_device_not_available(long esp, long error_code)
149 {
150 die("device not available",esp,error_code);
151 }
152
153 void do_coprocessor_segment_overrun(long esp, long error_code)
154 {
155 die("coprocessor segment overrun",esp,error_code);
156 }
157
158 void do_invalid_TSS(long esp,long error_code)
159 {
160 die("invalid TSS",esp,error_code);
161 }
162
163 void do_segment_not_present(long esp,long error_code)
164 {
165 die("segment not present",esp,error_code);
166 }
167
168 void do_stack_segment(long esp,long error_code)
169 {
170 die("stack segment",esp,error_code);
171 }
172
173 void do_coprocessor_error(long esp, long error_code)
174 {
175 if (last_task_used_math != current)
176 return;
177 die("coprocessor error",esp,error_code);
178 }
179
180 void do_reserved(long esp, long error_code)
181 {
182 die("reserved (15,17-47) error",esp,error_code);
183 }
184
// 下面是异常（陷阱）中断程序初始化子程序。设置它们的中断调用门（中断向量）。
// set_trap_gate()与set_system_gate()都使用了中断描述符表IDT中的陷阱门（Trap Gate），
// 它们之间的主要区别在于前者设置的特权级为0，后者是3。因此断点陷阱中断int3、溢出中断
// overflow 和边界出错中断 bounds 可以由任何程序调用。 这两个函数均是嵌入式汇编宏程序，
// 参见include/asm/system.h，第36行、39行。
185 void trap_init(void)
186 {
187 int i;
188
189 set_trap_gate(0,÷_error); // 设置除操作出错的中断向量值。以下雷同。
190 set_trap_gate(1,&debug);
191 set_trap_gate(2,&nmi);
192 set_system_gate(3,&int3); /* int3-5 can be called from all */
193 set_system_gate(4,&overflow); /* int3-5 可以被所有程序执行 */
194 set_system_gate(5,&bounds);
195 set_trap_gate(6,&invalid_op);
196 set_trap_gate(7,&device_not_available);
197 set_trap_gate(8,&double_fault);
198 set_trap_gate(9,&coprocessor_segment_overrun);
199 set_trap_gate(10,&invalid_TSS);
200 set_trap_gate(11,&segment_not_present);
201 set_trap_gate(12,&stack_segment);
202 set_trap_gate(13,&general_protection);
203 set_trap_gate(14,&page_fault);
204 set_trap_gate(15,&reserved);
205 set_trap_gate(16,&coprocessor_error);
206 set_trap_gate(17,&alignment_check);
// 下面把int17-47的陷阱门先均设置为reserved，以后各硬件初始化时会重新设置自己的陷阱门。
207 for (i=18;i<48;i++)
208 set_trap_gate(i,&reserved);
// 设置协处理器中断0x2d（45）陷阱门描述符，并允许其产生中断请求。设置并行口中断描述符。
209 set_trap_gate(45,&irq13);
210 outb_p(inb_p(0x21)&0xfb,0x21); // 允许8259A主芯片的IRQ2中断请求。
211 outb(inb_p(0xA1)&0xdf,0xA1); // 允许8259A从芯片的IRQ13中断请求。
212 set_trap_gate(39,¶llel_interrupt); // 设置并行口1的中断0x27陷阱门描述符。
213 }
214